热能与动力机械测试技术课件

第一章概述第一章概述1第一章概述第一章概述1第一节热能与动力机械测试技术概述第一节热能与动力机械测试技术概述2第一节热能与动力机械测试技术概述第一节热能与动力机械测试概述内燃机学科是试验性的学科；产品设计、制造、改进等环节离不开定量的试验和对试验结果分析；

•对比模拟仿真分析（理想化、定性）；测试是获得试验数据的基本手段。

概述内燃机学科是试验性的学科；3概述内燃机学科是试验性的学科；概述内燃机学科是试验性的学科；热能与动力机械测试的特点测试对象多种多样，测试仪表种类繁多；

•车辆指示：车速、里程……； •台架试验：转速、扭矩、功率、油耗、各种 温度……； •研究试验：排放、噪声、燃烧过程……。发动机的进步离不开测试手段的进步(例如电喷机空燃比控制、点火控制)。热能与动力机械测试的特点测试对象多种多样，测试仪表种类繁多；4热能与动力机械测试的特点测试对象多种多样，测试仪表种类繁多；第二节测量的基本概念第二节测量的基本概念5第二节测量的基本概念第二节测量的基本概念5基本概念测量是人类对自然界中客观事物取得数量概念的一种认识过程。用特定的工具和方法，通过试验手段将被测物理量与另一同名的作为单位的物理量比较，以确定两者之间的比值。测量过程实际是确定一个数值未知的物理量的过程。基本概念测量是人类对自然界中客观事物取得数量概念的一种认识过6基本概念测量是人类对自然界中客观事物取得数量概念的一种认识过测量方法的分类直接测量凡被测量的数值可以直接从测量仪器上读得：•直读法——千分尺、弹簧秤•差值法——U型管测压差•替代法——辛烷值的确定•零值法——天平、电桥法测电阻测量方法的分类直接测量凡被测量的数值可以直接从测量仪器上读得7测量方法的分类直接测量凡被测量的数值可以直接从测量仪器上读得间接测量根据直接测量或间接测量所得数据，通过求解联立方程组求得未知量的数值。如用铂电阻温度计测量介质温度。组合测量被测量的数值不能直接从测量仪器上读得，而需要通过直接测量，然后经过运算得到被测量的数值。如功率的测量。间接测量根据直接测量或间接测量所得数据，通过求解联8间接测量根据直接测量或间接测量所得数据，通过求解联非稳态和瞬变参数的测量随时间不断改变数值的被测量，称为非稳态和瞬变参数(或称动态参数)，如过渡工况时内燃机的转速、功率等；瞬变参数测量仪器的选择。非稳态和瞬变参数的测量随时间不断改变数值的被测量，称为非稳态9非稳态和瞬变参数的测量随时间不断改变数值的被测量，称为非稳态模拟测量与数字测量系统模拟测量：被测物理量转换成模拟信号，并最终以仪表指针的位置或记录仪描绘的图形显示测量的结果。直观性强、灵活。数字测量：直接用数字形式表示结果。能排除人为的读数误差。模拟测量与数字测量系统模拟测量：被测物理量转换成模拟信号，并10模拟测量与数字测量系统模拟测量：被测物理量转换成模拟信号，并第三节测量仪器的组成和分类第三节测量仪器的组成和分类11第三节测量仪器的组成和分类第三节测量仪器的组成和分类11一、测量仪器的组成感受件中间件效用件一、测量仪器的组成感受件12一、测量仪器的组成感受件一、测量仪器的组成感受件12感受件感知被测参数的变化，同时对外界发出相应的信号；感受件必须尽量满足的三个条件（Page3)。必须随被测参数的变化而变化只能随被测参数的变化而变化感受件发出的信号与被测参数之间必须是单值的函数关系感受件感知被测参数的变化，同时对外界发出相应的信号；13感受件感知被测参数的变化，同时对外界发出相应的信号；感受件感中间件中间件的作用：传递、放大、变换和运算；实现数据集中观测、遥测和自动记录。中间件中间件的作用：传递、放大、变换和运算；14中间件中间件的作用：传递、放大、变换和运算；中间件中间件的作效用件根据传感器输出信号的大小向观测者指出被测参数在数量上的大小；可分为：指示式仪器、记录式仪器；按功能来分类可分为：数字式仪器、信号式仪器、电接触式仪器、调节式仪器等。效用件根据传感器输出信号的大小向观测者指出被测参数在数量上的15效用件根据传感器输出信号的大小向观测者指出被测参数在数量上的二、测量仪器的分类测量仪器可分为范型仪器和实用仪器：范型仪器：实用仪器：•用以复制和保持测量单位，或是用来对其他测量仪器进行标定和刻度工作的仪器。准确度很高，对它的保存和使用有较高的要求。•试验室用仪器•工程用仪器二、测量仪器的分类测量仪器可分为范型仪器和实用仪器：范型仪器16二、测量仪器的分类测量仪器可分为范型仪器和实用仪器：范型仪器第四节测量仪器的主要性能指标第四节测量仪器的主要性能指标17第四节测量仪器的主要性能指标第四节测量仪器的主要性能指标主要性能指标准确度恒定度灵敏度灵敏度阻滞指示滞后时间主要性能指标准确度18主要性能指标准确度主要性能指标准确度18准确度仪器的指示值接近于被测量的实际值的准确程度，称为准确度。它通常以“允许误差”的大小来表示。允许误差的物理意义是：仪器读数允许的最大绝对误差折合为该仪器量程的百分数。测量仪器采用允许误差来表示仪器准确度的级。通常工程用仪器为0.5～4级；试验室用仪器为0.2～0.5级；范型仪器在0.2级以上。在选用仪器时，应在满足被测量要求的条件下，尽量选择量程较小的仪器，一般应使测量值在满刻度的2/3从以上为宜。准确度仪器的指示值接近于被测量的实际值的准确程度，称为准确度19准确度仪器的指示值接近于被测量的实际值的准确程度，称为准确度恒定度仪器多次重复测量时。其指示值的稳定程度，称为恒定度。通常以读数的变差来表示。外部条件不变时，用同仪器对某一物理量的同一参数值重复进行测量或是相隔一段时间再测量时。指示值之间的最大差数与仪器量程之比的百分数为读数的变差。读数的变差的另一种特例是当仪器指针上升(正行程)与下降(反行程)时，对同一被测量所得读数之差。仪器读数的变差不应超过仪器的允许误差。恒定度仪器多次重复测量时。其指示值的稳定程度，称为恒定度。通20恒定度仪器多次重复测量时。其指示值的稳定程度，称为恒定度。通灵敏度仪器指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测量的变化值之间的比例。灵敏度仪器指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测量的变化值21灵敏度仪器指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测量的变化值灵敏度阻滞灵敏度阻滞又称为感量，此量是足以引起仪器指针从静止到作极微小移动的被测量的变化值；这一特性参数对于用在零值法中的指零仪器有着重要的意义；一般仪器的灵敏度阻滞应不大于仪器允许误差的一半。灵敏度阻滞灵敏度阻滞又称为感量，此量是足以引起仪器指针从静止22灵敏度阻滞灵敏度阻滞又称为感量，此量是足以引起仪器指针从静止指示滞后时间从被测参数发生变化到仪器指示出该变化值所需的时间，称为指示滞后时间，或称时滞；时滞主要由仪器的惯性引起。指示滞后时间从被测参数发生变化到仪器指示出该变化值所需的时间23指示滞后时间从被测参数发生变化到仪器指示出该变化值所需的时间仪器性能指标的检验和校正仪器的指标在仪器的使用和保管过程中并非固定不变。而往往逐渐变坏。其误差超出允许范围而又无法校正时即应报废。对于试验室用仪器，为求得更为可靠的测定结果，应进行校正；即将被校仪器与准确度更高的标准仪器比较其读数。将标尺各点实际误差测出。作校正曲线或数值表；使用时对该仪器的读数引入一个校正数。校正数＝标准值—读数仪器性能指标的检验和校正仪器的指标在仪器的使用和保管过程中并24仪器性能指标的检验和校正仪器的指标在仪器的使用和保管过程中并第五节仪器在瞬变参数测量中的动态特性第五节仪器在瞬变参数测量中的动态特性25第五节仪器在瞬变参数测量中的动态特性第五节仪器在瞬变仪器动态测试系统不可避免地存在着“惯性”和“阻尼”，要推动记录元件势必消耗一定能量，因而出现种种衰减滞后现象；选择合适的测量仪器使其与所测参数的动态特性相匹配，并使测量的动态误差达到试验所允许的范围。仪器动态测试系统不可避免地存在着“惯性”和“阻尼”，要推动记26仪器动态测试系统不可避免地存在着“惯性”和“阻尼”，要推动记仪器的动态特性零阶仪器一阶仪器二阶仪器仪器的动态特性零阶仪器一阶仪器二阶仪器27仪器的动态特性零阶仪器一阶仪器二阶仪器仪器的动态特性零阶第六节测量仪器的动态标定第六节测量仪器的动态标定28第六节测量仪器的动态标定第六节测量仪器的动态标定28仪器的动态特性测量一般常采用试验方法来标定测量仪器的动态特性；步骤： •判断该测量仪器是一阶还是二阶仪器； •测定仪器的时间常数、固有频率、阻尼比等参数。仪器的动态特性测量一般常采用试验方法来标定测量仪器的动态特性29仪器的动态特性测量一般常采用试验方法来标定测量仪器的动态特性测定仪器动态参数的一般方法频率响应法

阶跃响应法测定仪器动态参数的一般方法频率响应法30测定仪器动态参数的一般方法频率响应法测定仪器动态参数的一般方阶跃响应法一阶系统二阶系统阶跃响应法一阶系统二阶系统31阶跃响应法一阶系统二阶系统阶跃响应法一阶系统二阶系统第七节工程中的测量系统简述第七节工程中的测量系统简述32第七节工程中的测量系统简述第七节工程中的测量系统简述工程中的测量系统工程中的测量系统33工程中的测量系统工程中的测量系统33第一章概述第一章概述34第一章概述第一章概述34第一节热能与动力机械测试技术概述第一节热能与动力机械测试技术概述35第一节热能与动力机械测试技术概述第一节热能与动力机械测试概述内燃机学科是试验性的学科；产品设计、制造、改进等环节离不开定量的试验和对试验结果分析；

•对比模拟仿真分析（理想化、定性）；测试是获得试验数据的基本手段。

概述内燃机学科是试验性的学科；36概述内燃机学科是试验性的学科；概述内燃机学科是试验性的学科；热能与动力机械测试的特点测试对象多种多样，测试仪表种类繁多；

•车辆指示：车速、里程……； •台架试验：转速、扭矩、功率、油耗、各种 温度……； •研究试验：排放、噪声、燃烧过程……。发动机的进步离不开测试手段的进步(例如电喷机空燃比控制、点火控制)。热能与动力机械测试的特点测试对象多种多样，测试仪表种类繁多；37热能与动力机械测试的特点测试对象多种多样，测试仪表种类繁多；第二节测量的基本概念第二节测量的基本概念38第二节测量的基本概念第二节测量的基本概念38基本概念测量是人类对自然界中客观事物取得数量概念的一种认识过程。用特定的工具和方法，通过试验手段将被测物理量与另一同名的作为单位的物理量比较，以确定两者之间的比值。测量过程实际是确定一个数值未知的物理量的过程。基本概念测量是人类对自然界中客观事物取得数量概念的一种认识过39基本概念测量是人类对自然界中客观事物取得数量概念的一种认识过测量方法的分类直接测量凡被测量的数值可以直接从测量仪器上读得：•直读法——千分尺、弹簧秤•差值法——U型管测压差•替代法——辛烷值的确定•零值法——天平、电桥法测电阻测量方法的分类直接测量凡被测量的数值可以直接从测量仪器上读得40测量方法的分类直接测量凡被测量的数值可以直接从测量仪器上读得间接测量根据直接测量或间接测量所得数据，通过求解联立方程组求得未知量的数值。如用铂电阻温度计测量介质温度。组合测量被测量的数值不能直接从测量仪器上读得，而需要通过直接测量，然后经过运算得到被测量的数值。如功率的测量。间接测量根据直接测量或间接测量所得数据，通过求解联41间接测量根据直接测量或间接测量所得数据，通过求解联非稳态和瞬变参数的测量随时间不断改变数值的被测量，称为非稳态和瞬变参数(或称动态参数)，如过渡工况时内燃机的转速、功率等；瞬变参数测量仪器的选择。非稳态和瞬变参数的测量随时间不断改变数值的被测量，称为非稳态42非稳态和瞬变参数的测量随时间不断改变数值的被测量，称为非稳态模拟测量与数字测量系统模拟测量：被测物理量转换成模拟信号，并最终以仪表指针的位置或记录仪描绘的图形显示测量的结果。直观性强、灵活。数字测量：直接用数字形式表示结果。能排除人为的读数误差。模拟测量与数字测量系统模拟测量：被测物理量转换成模拟信号，并43模拟测量与数字测量系统模拟测量：被测物理量转换成模拟信号，并第三节测量仪器的组成和分类第三节测量仪器的组成和分类44第三节测量仪器的组成和分类第三节测量仪器的组成和分类44一、测量仪器的组成感受件中间件效用件一、测量仪器的组成感受件45一、测量仪器的组成感受件一、测量仪器的组成感受件45感受件感知被测参数的变化，同时对外界发出相应的信号；感受件必须尽量满足的三个条件（Page3)。必须随被测参数的变化而变化只能随被测参数的变化而变化感受件发出的信号与被测参数之间必须是单值的函数关系感受件感知被测参数的变化，同时对外界发出相应的信号；46感受件感知被测参数的变化，同时对外界发出相应的信号；感受件感中间件中间件的作用：传递、放大、变换和运算；实现数据集中观测、遥测和自动记录。中间件中间件的作用：传递、放大、变换和运算；47中间件中间件的作用：传递、放大、变换和运算；中间件中间件的作效用件根据传感器输出信号的大小向观测者指出被测参数在数量上的大小；可分为：指示式仪器、记录式仪器；按功能来分类可分为：数字式仪器、信号式仪器、电接触式仪器、调节式仪器等。效用件根据传感器输出信号的大小向观测者指出被测参数在数量上的48效用件根据传感器输出信号的大小向观测者指出被测参数在数量上的二、测量仪器的分类测量仪器可分为范型仪器和实用仪器：范型仪器：实用仪器：•用以复制和保持测量单位，或是用来对其他测量仪器进行标定和刻度工作的仪器。准确度很高，对它的保存和使用有较高的要求。•试验室用仪器•工程用仪器二、测量仪器的分类测量仪器可分为范型仪器和实用仪器：范型仪器49二、测量仪器的分类测量仪器可分为范型仪器和实用仪器：范型仪器第四节测量仪器的主要性能指标第四节测量仪器的主要性能指标50第四节测量仪器的主要性能指标第四节测量仪器的主要性能指标主要性能指标准确度恒定度灵敏度灵敏度阻滞指示滞后时间主要性能指标准确度51主要性能指标准确度主要性能指标准确度51准确度仪器的指示值接近于被测量的实际值的准确程度，称为准确度。它通常以“允许误差”的大小来表示。允许误差的物理意义是：仪器读数允许的最大绝对误差折合为该仪器量程的百分数。测量仪器采用允许误差来表示仪器准确度的级。通常工程用仪器为0.5～4级；试验室用仪器为0.2～0.5级；范型仪器在0.2级以上。在选用仪器时，应在满足被测量要求的条件下，尽量选择量程较小的仪器，一般应使测量值在满刻度的2/3从以上为宜。准确度仪器的指示值接近于被测量的实际值的准确程度，称为准确度52准确度仪器的指示值接近于被测量的实际值的准确程度，称为准确度恒定度仪器多次重复测量时。其指示值的稳定程度，称为恒定度。通常以读数的变差来表示。外部条件不变时，用同仪器对某一物理量的同一参数值重复进行测量或是相隔一段时间再测量时。指示值之间的最大差数与仪器量程之比的百分数为读数的变差。读数的变差的另一种特例是当仪器指针上升(正行程)与下降(反行程)时，对同一被测量所得读数之差。仪器读数的变差不应超过仪器的允许误差。恒定度仪器多次重复测量时。其指示值的稳定程度，称为恒定度。通53恒定度仪器多次重复测量时。其指示值的稳定程度，称为恒定度。通灵敏度仪器指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测量的变化值之间的比例。灵敏度仪器指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测量的变化值54灵敏度仪器指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测量的变化值灵敏度阻滞灵敏度阻滞又称为感量，此量是足以引起仪器指针从静止到作极微小移动的被测量的变化值；这一特性参数对于用在零值法中的指零仪器有着重要的意义；一般仪器的灵敏度阻滞应不大于仪器允许误差的一半。灵敏度阻滞灵敏度阻滞又称为感量，此量是足以引起仪器指针从静止55灵敏度阻滞灵敏度阻滞又称为感量，此量是足以引起仪器指针从静止指示滞后时间从被测参数发生变化到仪器指示出该变化值所需的时间，称为指示滞后时间，或称时滞；时滞主要由仪器的惯性引起。指示滞后时间从被测参数发生变化到仪器指示出该变化值所需的时间56指示滞后时间从被测参数发生变化到仪器指示出该变化值所需的时间仪器性能指标的检验和校正仪器的指标在仪器的使用和保管过程中并非固定不变。而往往逐渐变坏。其误差超出允许范围而又无法校正时即应报废。对于试验室用仪器，为求得更为可靠的测定结果，应进行校正；即将被校仪器与准确度更高的标准仪器比较其读数。将标尺各点实际误差测出。作校正曲线或数值表；使用时对该仪器的读数引入一个校正数。校正数＝标准值—读数仪器性能指标的检验和校正仪器的指标在仪器的